JPH02300701A - 望遠鏡のミラーブランクおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は望遠鏡のミラーブランクおよびその製造方法に
関し、さらに詳細には、固体面板、開いた網状構造コア
、および随意に後板から成るブランクであって、裏打ち
拐料が面板を支持しかつ全体構造を補強しているブラン
クに関する。また本発明は、これら部品を別々に製造す
る新規な方法に関する。

（従来技術） かつて、望遠鏡のミラーブランクはワンピースで製造さ
れていたこともあった。小さい熱膨張率を有するガラス
、例えばホウ珪酸ガラスなどを、大きなモールド内で耐
火性コアのまわりにキャストしていた。冷却に際してコ
アを除去すると、開いた網状構造によって、中実ボディ
より重量の軽い強固な一体ブランクが得られた。

より大きな器機精度が望まれるようになったことに伴っ
て、周囲の熱変化の影響を小さくする必要性が認識され
出した。それによって、熱膨張率か０に近い、すなわち
０±１０ポイントの範囲の熱膨張率を有する溶融シリカ
またはガラスセラミック材料から成るブランクが導かれ
た。

この開発は器機の作動中における周囲温度変化の問題を
解消したが、他の問題に関してはほとんど効果がなかっ
た。ブランクはまだ極めて重く、従って扱いにくかった
。また、ガラスブランクをキャストまたはその他モール
ドし、次にガラス結晶化などのさらなる処理を行うのに
長時間を要した。しかし、最もしんこくな問題は、比較
的高いガラス溶融温度およびガラス結晶化温度を必要と
することであり、これらの高温は維持および制御が困難
であった。

形成上の問題を解決するため、プレートと支持コアを別
々に作ることが提案された。これらの部分品は、直接融
合または中間フリットシールによって互いにシールされ
る。しかし、これにはまだ、はぼ０の膨張率を有する材
料を溶融し、および／または結晶化し、および／または
シールするために大変な高温を使用する必要があった。

さらに、コア部品の製造および集成化は退屈な作業であ
り、全体構造は処理中に変形しやすかった。

米国特許第３，１１２，１８４号は、セラミックスラリ
−で両側をコーティングした支持材料のストリップから
ハニカム構造を形成することを記載している。１つのス
トリップを波状にし、もう１つを平らにしてこれら２つ
のストリップを互いに巻ぎ、波状ストリップが平らなス
トリップに焼結する時点にピークをおくよう焼結する。

この特許はミラーブランクに適した材料および処理技術
に関してのものではない。

米国特許第３，２７２，６８６号は、形成されたシーリ
ング材料によって、上記特許に開示されるように、小さ
い膨張率のセラミックシートとハニカム構造の両側とを
結合することを開示している。この特許は、はぼ０膨張
の材料を処理することに関して記載していない。

米国特許第３，５０７，７３７号は、エッグクレート状
に連結された溝を有するストリップから成る結晶性ガラ
スの網状構造コアによって分離されかつそのコアにシー
ルされた２つの熱結晶性ガラスのシートから成る望遠鏡
のミラーブランクの製造を記載している。このアセンブ
リは核形成温度より高い温度まで加熱されてガラス部材
が互いにシールされ、次に制御された方法で冷却されて
核形成させ、ガラスを結晶化する。この特許は粉末処理
技術に関するものではなく、また溶融温度の必要性およ
びその結果生じる変形を排除するものではない。

米国特許第４，３１５，９９１号は、ガラスの結晶化を
遅らせ、もってシール形成を促進するためにＣｓｚ　ｏ
、Ｒｂ２Ｏおよび／またはに２０の添加物を有するＬｉ
　２０−Ｍｇ　０−Ｚｎ　０−ＡＪ！ｚ０３−３ｔ　０
２系統の失透性シーリングガラスを開示している。これ
らのガラスは、望遠鏡のミラーブランクを作る際にガラ
スコア構造を面板にシールするのに使用される。この特
許は、予備形成された部分を構造へとシールするために
細かく分割された材料を使用することについてのみ記載
しており、それらの材料を焼結して構造エレメントを形
成することについては記載していない。

米国特許第４．７０７，４５８号は、単一の結晶相とし
てβ−石英固溶体を有し、−５０°Ｃから１．００°Ｃ
の温度範囲に亘って一１×１０−了／℃から１．　Ｘ　
１０−７／℃の範囲の熱膨張率を有し、環状レーザージ
ャイロの製造に使用するのに特に適した透明ガラスセラ
ミック体を開示している。この特許は、これらの組成を
粉末で処理することについて記載していない。

（発明の目的） 本発明の基本的な目的は、支持網状構造コアを有する改
良された望遠鏡ミラーブランクを提供することである。

本発明のもう１つの目的は、プレートと支持網状構造が
別々に形成された、前記のようなミラーブランクを提供
することである。

本発明のもう１つの目的は、支持網状構造および／また
はプレートを比較的低温で製造する方法を提供すること
である。

本発明のもう１つの目的は、望遠鏡のミラーブランク製
造においてセラミック粉末処理を利用することである。

本発明のさらにもう１つの目的は、望遠鏡のミラーブラ
ンク製造のより迅速な方法を提供することである。

（発明の構成） 本発明は、面板、支持網状構造コア、および随意に後板
から成り、前記コアはフリットシールされて網状構造を
形成する複数の薄い焼結セラミックストラットであり、
その網状構造が前記面板および後板（ある場合）にフリ
ットシールされた望遠鏡の改良ミラーブランクに関する
。焼結ストラットは単層、テープキャストまたは押出ス
トリップ、あるいは複数のストリップの積層体である。

１つの実施例において、焼結ストラッ）・およびシーリ
ング材料ッＩ・は結晶化ガラスである。他の実施例にお
いて、前記面板および後板（ある場合）は、テープキャ
ストされたシートを積層して焼結することにより形成さ
れる。

本発明はまた、面板と支持網状構造コアと随意に後板か
ら成る望遠鏡のミラーブランクを製造する方法であって
、 Ｃ１−３００℃の範囲の温度に亘って−ＬＯＸ］、０−
了／℃からＩＯＸ　１０−７／℃の範囲の熱膨張率を有
するガラスセラミックに変換できる粉末ガラスのスラリ
ーを調製し、該スラリーから薄いストリップを形成し、
該ストリップを焼結し、それらのストリップを集成しそ
してフリットシールして硬質網状構造とする各工程を含
むことを特徴とする方法を提供する。１つの実施例にお
いては、ストリップを所定の長さに切断し、スロットを
設けて、アセンブリがエッグクレート型に連結台させる
ようにする。

（実　施　例） 本発明を、添付の図面を参照しながら以下の実施例に基
づいてさらに詳細に説明する。

テープキャスティングは、セラミック業界でよく知られ
た工程である。それは、基本的には、ガラスまたはセラ
ミック材料を細かく分割し、その分割された材料を揮発
性液状媒体と混合して流動性スラリーを形成し、そのス
ラリーの薄層を不浸透性支持材料（テープ）上に施し、
乾燥して自己支持形のりリーサブルシートまたはストリ
ップを形成することから成る。

第１図は、サイトレール１２を有するキャスティングテ
ーブル１０を示している。例えばＭＹＬＡＲの商標で市
販されているような不浸透性プラスチック材料のシート
１４がサイトレール１２−１２内に支持され、キャステ
ィングチャンバー１６がそれらの上面に乗っている。チ
ャンバー１６は、垂直壁と開いた底部および頂部を有す
る矩形構造とすることができる。前壁１８はテープ１４
の表面まで延び、後壁２０の基部はテープから十分離間
されて、参照番号２２で示されるようにスラリーが所望
の厚さで流れ出ることを可能にしている。

チャンバー１６はキャスティングスラリーで満たされる
ように適合され、トラクター（図示せず）によりレール
１ｉ１２に沿って引っばられてテープ１４上にスラリー
の薄層２２を運ぶ。層２２の厚さ、それによる乾燥スト
リップ２４の厚さは、チャンバー１６の移動速度、スラ
リーの粘度、および後壁２０のテープからの距離に依存
している。このようにして、所定の厚さを有した乾燥ス
トリップ２４が第２図に示されるようにテープ１４から
分離される。

スラリーは、現場でガラスセラミック状態に結晶化でき
る小さい膨張率の焼結性ガラスを用いて形成される。米
国特許第４．：１１５，９９１号に記載されたシーリン
グガラスフリットか特に有用であることがイつかった。

これらのガラスは、結晶化すると、−５Ｘ　１０’　／
℃から５　Ｘ　１０−７　／℃の範囲の熱膨張率（０１
００℃において）を有する材料と相容性があり、９００
−１０００℃の範囲の温度で焼結および結晶化する。そ
れらの基本的な化学組成は、酸化物基準の重量％で約１
−２％のＬｉ　２０．０．７−１．５％のＭｇ　０．　
９−１３％のＺｎ０，１９−２３％のＡＪ！ｚ　０３お
よびＧ２−６３％の５ｉ０２から実質的に成る。前記組
成はさらに、０−３％のに２０゜０−４％のＲｂ２Ｏお
よび０−６％のＣｓ２Ｏの範囲内において１％以上のに
２０＋Ｒｂ　２０＋Ｃ３ＺＯを含む。これは結晶化を抑
制し、よって焼結を促進する。結晶化したガラスは亜鉛
β−石英結晶の主要結晶相を有する。

これらのガラスは約９−１０ミクロンの平均粒径まで細
かくされる。この粉末を、例えばエタノール、キシレン
、ジブチルフタレートおよびポリビニルブチラールを含
む揮発性有機物の混合物中に感温させる。均質混合およ
び胞気の後、このスラリーをキャスティングに使用する
。

このようにして調製したスラリーのある量をチャンバー
１６に入れ、このチャンバー１６を右から左にテーブル
１０に沿って引く。これによって薄層２２が形成され、
乾燥してテープ１４から生のストリップ２４としてはが
される。焼結製品における所望の厚さによって、ストリ
ップ２４はキャストした状態で使用されるか、または積
層ストリップを形成するため複数のストリップが重ねら
れる。どちらの場合もストリップは所定の長さに切断さ
れ、網状構造ストラットが形成される。これらのストラ
ットは空気中で、例えば前記特許第４，３１５，９９１
号に開示されたガラスを使用する際は９５０℃で３０分
間焼結される。焼結されたストリップはダイヤモンドホ
イールのこを使用して機械加工される。これによって、
端部の変形が除去され、所望ならばアセンブリとするた
めのスロットが与えられる。

本発明を前記特許第４，３１５，９９１号に開示された
ガラスを用いて説明してきたが、他の公知の低膨張性ガ
ラスも使用できる。例えば、米国特許第４．７０７，４
５８号に開示されたＬ　ｉ　２０　　Ｍｇ　０−Ｚｎ　
０−ＡＪ！２０３−Ｔｊ　０２−Ｚｒ　０２−８ｉ０２
ガラスもまた良好に使用できた。より低い製造温度を使
用するために、ＴｉＯ２およびＺｒＯ７などの核剤がこ
れらの組成から削除された。と言うのは、核剤の援助な
しに焼結中に結晶化が起る傾向があるからである。

第３図は、本発明の好ましい実施例による部分コアアセ
ンブリ３０の分解図である。部分アセンブリ３０は、ス
ロット３８を有するクロスストラット３６を受容するス
ロット３４を有する２つの連結ストラット３２を含んで
いる。スロット３８はスロット３４と協働して連結構造
を形成する。他の幾何学構造も可能であることに留意さ
れたい。

第４図は完全なコアアセンブリ４０を示しており、この
アセンブリ４０は、第３図のストラット３２．３６を完
全に連結された状態で含む。アセンブリ４０は、“エラ
グクレード”アセンブリと称されるものを示している。

第５図に示されるようなミラーブランクを製造するのに
際し、フリットの結晶化の際中における変形を制御する
ために２回の焼成が必要である。

このようにして、ストリップ２４のような生のシートが
所望の長さに切断され、これらのストラットが別々に焼
成されて焼結される。焼結されたストラットは直角にさ
れ、連結された形のアセンブリにするために機械加工に
よってスロットが切られる。フリットシール組成を、例
えば第３図のスロット３４と３８の界面４２などの接合
部に施す。

所望ならば、得られたコアアセンブリ４０は、第５図に
示されるような面板４４を有するアセンブリを得るため
に施されるシーリングフリットのストリップまたはスラ
リーを有することもてきる。得られたアセンブリは焼結
温度で再び焼成されて種々の界面においてフリットシー
ルか達成される。

それによって第５図のような完全にシールされたミラー
ブランクが作られる。後板（図示せず）を使用する場合
、上記面板４４について述べたのと同じ方法で後板をコ
アアセンブリ４０の後部にフリットシールすることがで
きる。

あらゆる相容性のあるフリットシール組成が使用できる
が、ストラットを形成するのに使用したガラスと同じガ
ラスを使用するのが便利であることがわかった。フリッ
トスラリーは、粉砕されたガラスを１５−３５重量％の
量のパイン浦と混合するか、ストラットをテープキャス
トするのに使用したのと同じスラリーを用いて調製でき
る。このスラリーを界面に、ブラッシング等により施す
が、必要ならば、接合部を満たすために複数のコートを
施すようにしてもよい。コートされたアセンブリは次に
、再び焼結温度まで焼成される（例えば９５０°Ｃで９
０分間）。

第６図および第７図に示されたもう１つのアセンブリは
、パックドアレー（ｐａｃｋｅｄ　ａｒｒａｙ）と称さ
れる。このアセンブリは単一焼成でコアを与えるが、プ
レートを焼成されたコアにフリットするために第２の焼
成が必要である。

まず、第２図のストリップ２４のようなテープキャスト
されたストリップを所定の長さに切断する。

このストリップを六角形マンドレルのまわりにラップし
てこのマンドレルに向って圧縮し、第６図に示されるよ
うな六角形チューブ６０を形成する。

このようにして形成されたチューブは、例えば直径１．
５インチ、高さ１−２インチ、そして壁厚約２０ミルで
ある。また、六角形チューブ６０を押出によって形成し
てもよい。

このようにして形成された六角形チューブは、前述した
パイン油スラリーを用いて、第６図のように互いにフリ
ットされる。前述のように集成化されたパックドアレー
は焼結温度で焼成され（例えば９５０℃で２時間）、第
７図の７０のような一体コアアセンブリが形成される。

フリットされかつ焼成されたコアアセンブリ７０は機械
加工されてミラーの面板の曲率に適合した曲率を付与さ
れる。機械加工されたコアアセンブリは面板にフリット
シ−ルされる。フリットシーリングスラリーを管状の網
状構造表面に沿って施し、面板をコートされたコアにか
ぶせて置く。このアセンブリをシーリング温度、例えば
９５０°Ｃで焼成してコアを面板にフリットシールする
。

キャスティングと積層もまた、面板またはミラーの後部
を製造するための迅速で比較的低温による方法を提供す
る。後板（もし使用するならば）は全体構造を補強する
ためのさらなる手段である。

従って、後板は、通常、特定の曲率を要しない平らなプ
レートであって、特別な仕上げも要しない。

このようなプレートを形成するためにテープキャスティ
ングが特に好ましい。

適切な材料を用いて、面板は、はぼ最終的な形状、すな
わちほぼ最終的に所望の曲率に形成される。これによっ
て曲率を付与するのに要する研削時間が短縮される。

この工程において、コアストラットを得るためにストリ
ップを形成した際と同じようにスラリーを混合し、キャ
ストする。しかし、狭いストリップではなく、所望のプ
レート幅を有するシーＩ・をキャストする。このシート
を所望の長さに切断し、これらを積み重ねて最終的に所
望するプレート厚を得る。テープキャストシートの積重
ねを積層し、圧力下で焼結して一体ボディを形成する。

面仮における必要な曲率を、積層がまだ生の状態の間に
積重ねをプレスすることによって付与する。もう１つの
方法として、前記特許第４，３１５゜９９１号に記載さ
れたアルミノ珪酸亜鉛ガラスの１つを使用した場合、焼
結工程中に積重ねを適当な形状のモールドにサグ（ｓａ
ｇ）Ｌ、でもよい。これらのガラスはガラスとして焼結
し、次に結晶化する。

焼結工程中、ガラスの粘度は、積重ねが容易にサグして
支持モールド構造の輪郭と同じ輪郭となるのに十分な程
低くなる。ガラスが結晶化すると、ボディはくり返り焼
成中サグされた形状を保つ。

これによって、形状をそこねることなくコア部材へのフ
リットシールを可能にする。ジルコニアは適した耐火性
モールディングおよび支持材料である。と言うのは、ジ
ルコニアは、使用される焼成温度において変形せず、ま
た不活性でありつづけるためである。

このようにして形成されたミラー面板は前述したコア支
持体にフリットシールされる。次にミラー面が研削され
、磨かれて所望の曲率にされる。

仕上に適した表面を与えるため、ゾルまたはゲルコーテ
ィングが前表面に施される。この場合、ミラープレート
に近似した曲率を付与することが特に望ましい。

さらに特定的な例として、小さいミラーをコア部材のた
めのエッグクレート形状を利用して作った。ミラー面板
の寸法は４．５　’　ＸＧ、５　’　Ｘｏ、１　’（１
１，４ｃｍＸ　１Ｂ、５ｃｍｘ　Ｏ，２５ｃｍ）であっ
た。このプレートは、９２．５ｗｔ、％の５ｉ０２と７
．５ｗｔ、％のＴｉ　０２の近似分析値を有する市販の
ガラスから形成した。

焼結されたコアは１．７５’　（４，４５ｃｍ＞の高さ
有し、ストラットは０．０３３　’　（０，０８４ｃｍ
）の壁を与えた。

コアの形状は、第３図および第４図に示されるような３
点ストラット接合部を有する三角形格子とした。個々の
ストラットは、約６０％の粉末ガラスフリットと４０％
の有機物を含むスラリーからテープキャストした。

典型的なテープキャスティングスラリー組成は下記の通
りである（重量部で表示）。

エタノール　　　　　　　３１，７ キシレン　　　　　　　　５０，７ フリツトガラス　　　　ＬＢ２．３ ジブチルフタレート　　　１３．４ ポリビニルブチラール　　１０，５ 上記材料を示された順準で加えて混合物を形成した。フ
リットガラスは、８３．Ｏｗｔ、％の５ｉ０２゜２０．
５ｗｔ、％のＡｌ２Ｏ３，Ｉ−０，３ｗｔ、％のＺｎ　
０゜１、．５ｗｔ、％のＬｉ　２０．３．９ｗｔ、％の
Ｃｓ２Ｏおよび０、８ｗｔ　、％のＭｇ　Ｏを含む熱結
晶性のアルミノ珪酸亜鉛組成であった。

個々のストラットをジルコニアパレット上に支持しなが
ら約９５０°Ｃで３０分間焼成した。機械加工を施しそ
してスロットを切った後、ストラット集成し、シーリン
グフリットを接合部に施し、そしてそのアセンブリを焼
成してコアユニットを形成した。

コアの形状に対応するパターンで面板の底部に配置され
たテープキャストフリッＩ・のｌ／８　’（０．３２ｃ
ｎ＋）の幅のストリップを用いてコアを面仮に結合させ
た。フリットスラリーを施して全ての間隙をうめ、この
アセンブリを空気中、約９５０℃で９０分間焼成した。

膨張不整合を最少限にすることを意図した焼成スケジュ
ールは以下の通りであった。

室温から２００℃まで　　　１００９Ｃノ時２００°Ｃ
から６００°Ｃまで　　４５℃／時６００°Ｃから９５
０℃まで　　１５０°Ｃ／時９５０℃に保持　　　　　
　９０分間 ９５０°Ｃから室温まで　　　１００°Ｃ／時熱膨張率
は、−５０℃から１２０℃の範囲で約−３ＸＩＯ−７／
℃であった。室温不整合、すなわちコアと面板の間のフ
リット範囲に亘る膨張率の差は５９、４ｐｐｍであった
。ストラットの破壊係数は１４Ｋｐｓｉであった。

本発明をテープキャスティングストリップおよびシート
の観点から説明してきたが、押出工程も使用できること
に留意されたい。特に、第６図および第７図の管状エレ
メントは押出によって形成するのに向いている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、セラミックをテープキャストする装置の平面
図、 第２図は、第１図の装置の側面図、 第３図は、本発明の一実施例による部分コアアセンブリ
の部分分解図、 第４図は完全なるコアアセンブリの斜視図、第５図は、
面板が取り付けられた第４図のコアの斜視図、 第６図は、もう１つのコアアセンブリの部分分解図、そ
して 第７図は、もう１つの完全なるコアアセンブリの斜視図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）面板と支持網状構造コアから成る望遠鏡のミラーブ
   ランクにおいて、前記コアは網状構造を形成するために
   フリットシールされた複数の薄い焼結セラミックストラ
   ットから成り、その網状構造のコアが前記面板にフリッ
   トシールされていることを特徴とするミラーブランク。 ２）前記ストラットおよび／またはシーリングフリット
   および／または面板が結晶化ガラスセラミック材料から
   成ることを特徴とする請求項１記載のミラーブランク。 ３）前記ストラットおよび／または面板がテープキャス
   トされた焼結セラミックの積層シートから成ることを特
   徴とする請求項１記載のミラーブランク。 ４）前記積層された面板が最終的に望む曲率に近い曲率
   までサグされていることを特徴とする請求項３記載のミ
   ラーブランク。 ５）前記面板が磨き仕上を促進するコーティングを有す
   ることを特徴とする請求項３記載のミラーブランク。 ６）前記セラミックストラットの少なくとも一部がそれ
   らの幅を横切ってある程度まで切られたスロットを有し
   、それによってストリップがエッグクレート状に集成さ
   れて網状構造を形成していることを特徴とする請求項１
   記載のミラーブランク。 ７）前記網状構造コアにフリットシールされた焼結セラ
   ミックのシートからなる後板またはテープキャストされ
   た焼結セラミックの積層シートからなる後板を含むこと
   を特徴とする請求項１記載のミラーブランク。 ８）前記セラミックストラットが、約１０ミクロン以下
   の厚さを有するテープキャストされた焼結単層ストリッ
   プであることを特徴とする請求項１記載のミラーブラン
   ク。 ９）面板と支持網状構造コアから成る望遠鏡のミラーブ
   ランクを製造する方法であって、 ０−３００℃の範囲の温度に亘って−１０×１０＾−＾
   ７／℃から１０×１０＾−＾７／℃の範囲の熱膨張率を
   有するガラスセラミックに変換できる粉末ガラスのスラ
   リーを調製し、該スラリーから薄壁のコアエレメントを
   形成し、該コアエレメントを焼結し、得られた焼結コア
   エレメントを集成しそしてフリットシールして硬質網状
   構造コアを形成する各工程を含むことを特徴とする方法
   。 １０）前記スラリーをテープキャストしてストリップを
   形成し、該ストリップを焼成し、得られた焼成ストリッ
   プをアセンブリを得るためのストラットを形成する大き
   さまで切断することを特徴とする請求項９記載の方法。 １１）２つ以上の前記ストリップを生の状態で積層して
   厚いストリップを形成することを特徴とする請求項１０
   記載の方法。 １２）コアストラットに対応する生のセラミックのシー
   トを互いに積層することによって前記面板を形成し、該
   積層シートを随意に焼結して硬質面板を形成しかつ焼成
   中に最終的な曲率に近似すべくサグすることを特徴とす
   る請求項９、１０または１１記載の方法。 １３）テープキャスティングでシートを形成してそれを
   焼結するか、２つ以上のテープキャストされたシートを
   積層してその積層体を焼結するか、あるいは押し出して
   焼結することによって後板を形成することを特徴とする
   請求項９、１０、１１または１２記載の方法。 １４）前記面板の表面が、磨き仕上を促進するためにコ
   ートされることを特徴とする請求項１３記載の方法。 １５）前記網状構造コアが前記後板にフリットシールさ
   れることを特徴とする請求項１３記載の方法。